반전 증폭기
출력 전압이 입력에 비례한 값에 부호는 반전되어 나타나기 때문에 붙여진 회로 구조이다.
아래 회로가 반전 증폭기의 구조이다.
아래 회로를 보면서 반전 증폭기에 대해 알아보자.
앞으로 계속해서 OP amp가 그려진 회로에 대해서 다루겠지만, 따로 언급하지 않는다면, OP amp는 ideal op amp라는 전제로 회로를 해석하면 된다.
위의 회로의 OP amp도 ideal OP amp라고 생각하고 회로를 해석하자.
우리가 궁금한 부분은 입력 전압 Vi에 따른 출력 전압 Vo의 변화이다.
앞 장에서 ideal OP amp에 대해서 얘기할 때 가상 단락(Virtual short)에 대해 다루었다.
즉 Vp가 0V이고 Vp와 Virtual short인 Vn의 전압도 0V가 된다.
Vn의 전압이 0일 때 반전 입력(OP amp의 -단 입력)에 대해 KCL을 적용하면 아래와 같이 표현할 수 있다.
Ideal OP amp의 특성 중 하나는 입력 저항이 무한대로 크기 때문에 입력 단자로 들어가는 전류는 없다.
따라서 이 특성을 활용해 위의 식을 다시 표현하면 다음과 같이 표현할 수 있다.
위의 식을 앞에서 얘기했던 가상 단락(Virtual short)과 연결 지어 풀어내면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
위의 식을 다시 정리하여 출력 전압 Vo을 입력 전압 Vi을 사용해 표현하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
앞에서 얘기한 대로 출력 전압이 입력 전압에 비례한 값에 부호를 반전시킨 값으로 출력된다.
추가로 위에서 분석했던 내용들은 OP amp의 Vcc와 -Vcc에 대해서는 무시하고 진행한 내용이다.
앞에서 본 내용대로 만약 출력 전압 Vo는 Vcc와 -Vcc를 넘을 수 없음을 주의하자.
위 회로의 Rf는 출력 전압이 다시 입력 전압에 영향을 주는 구조로 Feedback 저항으로 볼 수 있다.
저항 Rf는 Negative Feedback으로 연결되어있다. 여기서 만약 Rf가 제거되면 Feedback 경로는 개방되고 증폭기는 개방 폐회로(Open loop)로 동작하게 된다. 아래 그림이 개방 폐회로를 나타낸다.
Feedback 경로를 제거함으로써 회로의 동작은 크게 변하게 된다. 출력 전압은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
위의 식은 Feedback 경로가 없는 개방 폐회로(open loop)에서 발생하기 때문에 A 값은 개방 폐회로 이득(open-loop gain)이라 한다.
반전 증폭기를 활용하여 가산 증폭기를 만들 수 있다.
가산 증폭기
반전 증폭기를 활용하여 가산 증폭기를 만들 수 있다.
가산 증폭기는 출력 전압은 반전되고, 증폭기의 입력에 적용된 전압들의 합에 비례하는 회로이다.
아래 회로가 가산 증폭기의 구조이다. Ideal OP amp의 특성을 활용해 직접 적용해보는 것을 추천한다.
Ideal OP amp의 특성을 활용하여 위의 회로를 해석하면 출력 전압 Vo는 입력 전압 Va, Vb, Vc에 대해서 다음과 같이 나타낼 수 있다.
여기서 Ra=Rb=Rc=Rs라면 다음과 같이 식을 간소화할 수 있다.
최종적으로 Rf=Rs라면 다음과 같이 식을 표현할 수 있다.
위의 식은 출력 전압이 입력 전압의 반전된 합으로 표현된다는 것을 나타낸다.
이렇게 반전 증폭기와 반전 증폭기를 활용해 가산 증폭기까지 알아보았다.
다음에는 반전 신호가 아닌 신호를 내보낼 때 사용할 수 있는 비반전 증폭기 회로에 대해 알아보자.
'회로설계 공부 > 기초 회로이론' 카테고리의 다른 글
| [회로 기초] 차동 증폭기 회로에 대해 알아보자 (0) | 2022.03.17 |
|---|---|
| [회로 기초] 비반전 증폭기에 대해 알아보자 (0) | 2022.03.16 |
| [회로 기초] 연산 증폭기(OP amp)에 대해 알아보자. (0) | 2022.03.14 |
| [회로 기초] 대역 차단 필터(Band-reject filter)에 대해 알아보자 (1) | 2022.03.13 |
| [회로 기초] 병렬 RLC 대역통과 필터(Band-pass filter)에 대해 알아보자 (0) | 2022.03.12 |